1 Titel: Projektering af kontorbygning på Stuhrs Brygge Tema: Projektering og udførelse af bygge- og anlægskonstruktioner Projektperiode: 2. februar - 25. maj 2006 Projektgruppe: C-114 Deltagere: Søren Hermansen Finn Jensen Kasper Kirk Dennis Nielsen Jonas Solhøj Allan Jørgensen Vejledere: Willy Olsen Rune Brincker Benjaminn Nordahl Nielsen Oplagsantal: 10 Sideantal hovedrapport: 119 Sideantal appendiks: 127 Antal tegninger: 7 Afsluttet: 26. maj 2006 Synopsis: I denne rapport udarbejdes forslag til den konstruktive udformning af et kontorbyggeri på Stuhrs Brygge i Aalborg. Byggeriet belyses fra tre vinkler i form af konstruktion, fundering og anlægsteknik. Konstruktionsdelen tager udgangspunkt i det eksisterende byggeri. Byggeriets udformning og praktiske udførelse beskrives, og der kontrolleres for brud i de enkelte elementer samt den overordnede stabilitet. Til det eksisterende byggeri opstilles et alternativt løsningsforslag, der ligeledes projekteres. I funderingsdelen dimensioneres en spunsvæg ved etablering af kælderen, der direkte funderes. Hertil foretages en grundvandssænkning for tørholdelse af byggegruben. Den resterende del af bygningen pælefunderes med baggrund i en pæledimensionering. Funderingsdelen tager udgangspunkt i en fra projektlokaliteten udleveret geoteknisk rapport. Anlægsteknikdelen tager udgangspunkt i alle de praktiske forhold vedrørende råhuset. Her beskrives, i hvilken rækkefølge de enkelte opgaver skal udføres, hvor lang tid det tager, hvor mange ressourcer der skal afsættes i form af arbejdskraft og materiel, samt hvor meget det koster. På baggrund heraf udarbejdes en tids- og bemandingsplan, og byggeriets samlede omkostninger bestemmes med henblik på en tilbudsafgivelse.
2 Forord Temaet i dette projekt er "Projektering og udførelse af bygge- og anlægskonstruktioner". Rapporten er udarbejdet af projektgruppe C-114 fra 6. semester på Det Teknisk-Naturvidenskabelige Fakultet, Aalborg Universitet, i perioden fra d. 2. februar til d. 25. maj 2006. Projektet omfatter tre hovedområder, der vægtes som følgende: Anlægsteknik 40 % Konstruktion 30 % Fundering 30 % Projektet består af to separate rapporter, hhv. en hoved- og en appendiksrapport samt en tegnings- og skitsemappe. Hovedrapporten præsenterer de opnåede resultater samt de antagelser og forudsætninger, der er gjort, for at kunne udregne dem. Appendiksrapporten indeholder den detaljerede beregningsgang for de tilhørende afsnit i hovedrapporten. Tegningsmappen indholder alle tekniske tegninger, der henvises til i rapporten, samt et kalkulations-excelark, den geotekniske rapport og tidsplanen. Skitsemappen indeholder alle de udarbejdede skitsetegninger, som er udført i forbindelse med de to skitseforslag. Yderligere er der vedlagt en CD, som bl.a. indeholder diverse excel-filer og udleverede dokumenter i forbindelse med den oprindelige projektering. På CD en findes også de tekniske tegninger samt en PDF-version af appendiks- og hovedrapporten. Der henvises til CD ens menu for at se det specifikke indhold. Henvisningerne foregår efter princippet: Hovedmenu>Undermenu>Fil.. Endvidere er der udarbejdet en h- jemmeside, www.civil.aau.dk/ finn04, indeholdende de samme data, som ligger på CD en. Kildehenvisninger er angivet ved: [Titel, udgivelsesår, kapitel/side]. Internetadresser er angivet ved [Udgiver, besøgsdato], samt et bogstav, hvis der er flere henvisninger til samme hovedadresse. Ønskes der yderligere informationer om de givne kilder, kan de ses i litteraturlisten sidst i hovedrapporten. I forbindelse med projektering af byggeriet skal bemærkes, at hvad der normalt forstås ved stueetagen i en bygning, refereres til som 1. etage i dette byggeri. Projektgruppe C-114, Aalborg Universitet, forår 2006
Indhold 1 Indledning 6 I Konstruktion 10 2 Skitseprojektering 12 2.1 Skitseforslag 1............................... 12 2.1.1 Udformning og udførelse..................... 13 2.1.2 Nedføring af laster samt stabilitet................ 16 2.1.3 Dimensionering af facadeelement................ 18 2.2 Skitseforslag 2............................... 19 2.2.1 Udformning og udførelse..................... 19 2.2.2 Nedføring af laster samt stabilitet................ 22 2.2.3 Dimensionering af bjælkerne................... 22 2.2.4 Dimensionering af søjlerne.................... 23 2.3 Brandtekniske forhold.......................... 24 2.4 Vurdering................................. 24 3 Detailprojektering 26 3.1 Brandpåvirket bjælke........................... 26 3.2 Spændbetonbjælke............................ 28 3.2.1 Anvendelsesgrænsetilstanden................... 30 3.2.2 Brudgrænsetilstanden....................... 31 3.2.3 Reduktion af forspændingskraften................ 31 II Fundering 33 4 Spunsvæg 36 4.1 Fri spunsvæg............................... 37 4.2 Forankret spunsvæg med 1-flydecharnier................ 37 4.2.1 Ankerplade............................ 37 4.3 Valg af spunstype............................. 38 5 Grundvandsænkning 39 5.1 Grundvandssænkning omkring kælderen................ 39 5.1.1 Valg af pumper.......................... 43 3
INDHOLD 4 6 Fundering af kælder 46 6.1 Direkte fundering............................. 47 6.1.1 Det nordlige fundament..................... 47 6.1.2 Det sydlige gavlfundament.................... 48 6.1.3 Det østlige facadefundament................... 49 7 Pælefundering 50 7.1 Brudgrænsetilstand............................ 51 7.2 Anvendelsesgrænsetilstand........................ 51 III Anlægseknik 53 8 Jordarbejde 56 9 Fundamenter og pæle 59 10 Anlæg af kælder 62 10.1 Ramnings af spunsvægge......................... 62 10.2 Etablering af byggegrube......................... 63 10.3 Opførelse af kælder............................ 68 10.3.1 Støbning af fundament...................... 69 10.3.2 Støbning af nederste gulv.................... 71 10.3.3 Støbning af vægge........................ 74 10.3.4 Støbning af øverste gulv..................... 76 10.3.5 Samlet tidsforbrug og pris.................... 78 11 Opførelse af råhus 79 11.1 Elementmontage............................. 79 11.1.1 Tidsforbrug............................ 81 11.1.2 Udførelse............................. 82 11.2 Murerarbejde............................... 84 11.2.1 Tidsforbrug............................ 85 12 Indretning af byggepladsen 86 12.1 Indhegning af byggepladsen....................... 86 12.2 Etablering af vejnet............................ 87 12.3 Oprettelse af skurby........................... 89 12.4 Kraner på byggepladsen......................... 90 12.5 Deponering af affald........................... 93 12.6 Etablering af lagerplads mm........................ 93 12.7 Byggepladsbelysning........................... 94 12.8 El, vand og drift af byggeplads...................... 94 12.9 Vinterforanstaltning........................... 94
INDHOLD 5 13 Tidsplanlægning 96 13.1 Planlægsningsteorier........................... 96 13.1.1 Gentagelseseffekt......................... 96 13.1.2 Tidsopdeling........................... 98 13.1.3 Tidsplanlægning......................... 100 13.2 Tidsplan.................................. 102 13.2.1 Analyse af tidsplan........................ 103 14 Tilbudskalkulation 104 14.1 Finansiering................................ 106 15 Informationsteknologi 109 15.1 Det Digitale Byggeri........................... 109 15.1.1 Projektere digitalt........................ 110 15.1.2 Rådgive digitalt.......................... 110 15.1.3 Afgive tilbud digitalt....................... 110 15.1.4 Styring af data og samarbeje vha. projektweb......... 111 15.2 IT i projektet............................... 111 15.2.1 Gruppens hjemmeside...................... 111 15.2.2 Projektweb............................ 114 15.2.3 Multimediaformater og objektorienterede modeller....... 115 15.2.4 Databaser i Access........................ 115 16 Konklusion 116
1 Indledning Projektet omhandler opførelsen af et kombineret erhvervs- og boligbyggeri på et af de tidligere værftsarealer på Aalborg havnefront, nærmere betegnet Stuhrs Brygge. Stuhrs Brygge er illustreret med en sort ring på figur 1.1. Figur 1.1: Udsnit af Aalborgs havnefront hvor Stuhrs Brygge er illustreret med en ring. 6
7 Stuhrs Brygge er attraktivt beliggende direkte ud mod vandet og er placeret centralt med en afstand på ca. 1,5 km til Aalborg Centrum. I området er der planlagt at opføre 110.000 m 2 erhvervs-/kontorlokaler og lejligheder. Området har af nærmeste naboer foderstofsvirksomhederne mod vest og Danyard mod øst samt virksomheden Teksos mod syd, som det fremgår af figur 1.2. Tilog frakørselsveje fra området sker via Gasværksvej, som er tilsluttet Nyhavnsgade. Nyhavnsgade sikrer en god infrastruktur væk fra området via Østre Allé, der giver adgang til motorvej E45 (se evt. figur 1.2). Sturhs Brygge er placeret ca. 200 m fra motorvejstilkørslen. Figur 1.2: Naboer i området nær Stuhrs Brygge. Boligerne og maskinhallen hører under Stuhrs Brygge. Dette projekt afgrænser sig til at omhandle KMD-bygningen, som opføres langs den eksisterende tørdok. Byggeriet udgøres af et 26.000 m 2 stort kontorareal, bestående af to 6-etagers kontorblokke forbundet med to glaspassager. KMD-bygningen kan ses på figur 1.3, hvor den er opdelt i en øst- og en vestfløj.
8 Figur 1.3: KMD-bygningen hvor øst- og vestfløjen er illustreret. De to kontorblokke har identiske bredde- og højdedimensioner på hhv. 14,5 m og 26 m, hvor der i højden ikke er medtaget tekniketagen fra det oprindelige tegningsmateriale. Længden på kontorblokkene er 119,7 m og 141,3 m for henholdvis øst- og vestfløjen. Projektet er inddelt i tre dele - en anlægs-, en funderings- og en konstruktionsdel, som udelukkende omhandler østfløjen. Konstruktionsdelen I konstruktionsdelen beskrives, hvordan byggeriets østfløj er opbygget. Beskrivelsen tager udgangspunkt i det udleverede tegningsmateriale, dvs. den på lokaliteten projekterede bygning og dennes udformning. Her redegøres for, hvordan de enkelte komponenter i bygningen sammensættes i praksis, og hvordan disse opnår såvel en bærende som en stabiliserende funktion. Dette gøres vha. skitser og tilhørende stabilitets- og styrkeberegninger. Som alternativ hertil opstilles et løsningsforslag, hvis system af bærende konstruktionsdele adskiller sig fra den oprindelige projektering. I stedet for en skive/pladeløsning, hvor ydervæggene bærer bygningen, projekteres en bjælke/søjle-løsning, hvor bjælkerne og søjlerne er bærende. Dette gøres ligeledes vha. skitser og tilhørende brudberegninger. For den alternative løsning udføres endvidere en detaildimensionering for udvalgte dele af bygningen.
9 Funderingsdelen I funderingsdelen beskrives, hvordan byggeriets østfløj funderes. Beskrivelsen tager udgangspunkt i den rækkefølge, hvormed opførelsen i praksis foregår. Derfor følger først en dimensionering af hhv. en fri og forankret spunsvæg, der rammes ned i jorden ved udgravning til kælderen. Under udførelsen af kælderen skal sikres en tør byggegrube, og hertil beskrives, hvordan en grundvandssænkning etableres. Ud fra de i konstruktionsdelen fundne dimensioner og dermed laster samt den fra projektlokaliteten udleverede geotekniske rapport udføres en direkte fundering af kælderen. Den resterende del af bygningen vil dog, inden for overskueligt økonomiske rammer, ikke kunne direkte funderes og skal derfor pælefunderes. Hertil foretages en pæledimensionering, der danner grundlaget for det samlede system af pæle. Anlægsdelen I anlægsdelen beskrives de mest centrale processer i opførelsesfasen af byggeriet. Beskrivelsen tager udgangspunkt i den praktiske udførelse, der gennemgås trin for trin for hver af processerne. Her inddrages alle nødvendige ressourcer, dvs. materialemængder og -priser, omfanget af materiel og priserne herpå, mandtimer samt tidsforbrug. Opførelsen af byggeriet beskrives fra begyndelsen. Derfor indledes med en beskrivelse af jordarbejdet efterfulgt af anlæg af kælderen og til sidst opførelse af råhuset. Herefter beskrives og illustreres, hvordan byggepladsen bør indrettes for at opnå sikre, effektive og lovmæssigt forsvarlige arbejdsforhold. Slutteligt beskrives og analyseres den tidsmæssige planlægning af opførelsen, hvorefter den endelige tilbudskalkulation udarbejdes.
Del I Konstruktion 10
11 I konstruktionsdelen beskrives, hvordan bygningen skitse- og detailprojekteres. I skitseprojekteringen lægges bl.a. vægt på beskrivelser af, hvorledes bygningen er udformet og udført, og hvordan stabiliteten sikres. I detailprojekteringen udvælges en bærende bjælke, der detaildimensioneres som en opspændt betonbjælke. Derudover er en ikke-opspændt bjælke dimensioneret for brandpåvirkning. Skitse- og detailprojekteringen tager udgangspunkt i den eksisterende bygning, som består af 6 etager med hver en højde på 4,33 m, hvilket giver en samlet højde af bygningen på 26 m. Bredden af bygningen er 14,5 m og længden 119,7 m. I realiteten er den nederste etage 5,27 m høj, men det antages, at alle etager er 4,33 m høje. Bygningens dimensioner er illustreret i figur 1.4. Figur 1.4: Dimensioner på bygningen anvendt i skitseforslagene.
2 Skitseprojektering I dette afsnit skitsedimensioneres to forskellige udformninger af bygningen. Dette omfatter en redegørelse af det konstruktive princip og en beskrivelse af de bærende bygningsdele samt bygningsstabiliteten. Derudover behandles de brandtekniske forhold i konstruktionen. I skitseforslag 1 tages udgangspunkt i den eksisterende KMD-bygning, hvor udleveret udbudsmateriale analyseres. I skitseforslag 2 opstilles et nyt system for de bærende elementer. De to alternativer belyses hver for sig vha. skitser og understøttes af beregninger gjort i appendiks B, for senere at kunne vurdere begge forslag. Alle skitser udarbejdet under skitseprojekteringen kan ses i skitsemappen samt på CD>Konstruktion>skitser.htm. 2.1 Skitseforslag 1 Skitseforslag 1 tager udgangspunkt i den eksisterende KMD-bygning. Bygningen består af et enkelt system udført af betonelementer. Denne udformning giver en stor fleksibilitet mht. opbygning og indretning, da de enkelte etager kan indrettes med lette skillevægge efter behov. Opbygningen af skitseforslag 1 fremgår af figur 2.1. 12
2.1 Skitseforslag 1 13 Figur 2.1: Det konstruktive princip for 1.-6. etage i skitseforslag 1. 2.1.1 Udformning og udførelse Facader og gavle er udført af betonelementer med en tykkelse på 0,20 m, som er beklædt med en skalmur. Facaden er opdelt i modulmål á 2700 mm, og derfor anvendes en tilsvarende bredde af elementerne på 2700 mm, og tilsvarende gør sig gældende for gavlelementerne, hvis bredde dog er 2400 mm. Både gavl- og facadeelementerne er 4333 mm høje og fungerer både som bærende og afstivende i konstruktionen. I elementerne er der indstøbt en montagebolt for indstilling af korrekt kote ved montage af det ovenstående element. Elementerne er støbt sammen med beton, hvori en fugearmering er indlagt. Foruden gavl- og facadeelementerne virker trappeskakten og enkelte indervægge som stabiliserende. Dækelementerne er 370 mm tykke og spænder fra facade til facade - 13700 mm. Bredden af dækelementerne er 1200 mm, og de støbes ligeledes fast til facadeelementerne, hvori der er lagt en randarmering. Dette er skitseret i figur 2.2.
2.1 Skitseforslag 1 14 Figur 2.2: Samling mellem dæk og facadeelement. Dækkene støbes sammen med hinanden med beton og fugearmering. Dette er skitseret på figur 2.3. Figur 2.3: Samling mellem dækkene. Kælderen i bygningen er placeret i den sydlige ende og har et areal på ca. 400 m 2. Den består af in situ støbte vægge, to in situ støbte dæk og et stribefundament. Det nederste dæk er støbt med en lille hældning (2-3 ) mod midten, hvor evt. indtrængt vand drænes væk. Imellem de to dæk er der et kapilarbrydende lag, hvorpå der er udlagt polystyrenplader. De in situ støbte vægge er forankret ned i fundamentet og er forsynet med drænplader på ydersiden. Drænpladerne og samlingen mellem kælderen og 1. etage er skitseret i figur 2.4.
2.1 Skitseforslag 1 15 Figur 2.4: Samling mellem kælder og 1. etage. Tagkonstruktionen består af TTS-elementer. Som med dækelementerne ligger de af på vægelementerne, og er på samme måde støbt fast til væggen. TTS-elementerne er monteret til gavlvæggen vha. et vinkelbeslag, som er skitseret i figur 2.5. Figur 2.5: Samling mellem tag og gavl. Samlingerne imellem TTS-elementerne er udført med svejsninger på indskudte lasker.
2.1 Skitseforslag 1 16 2.1.2 Nedføring af laster samt stabilitet Bygningens bærende dele udgøres af facadeelementerne. Alle lodrette laster, såsom snelast på tagbjælkerne og nyttelast på dækelementerne, føres ned gennem disse facadeelementer og ned i et stribefundament under facadevæggene. For beregning af facadeelementernes brudbæreevne henvises til appendiks B.1.3. Gavlelementerne bærer ikke andet end deres egenvægt. Vandrette laster, f.eks. vindlast og vandret masselast, antages jævnt fordelt over ydervæggene, som understøttes af dæk- og tagelementerne. Bygningsstabiliteten sikres udelukkende af ydervæggene samt betonvæggene inde i bygningen, der virker som skiver. For vindlast på gavlen stabiliseres bygningen vha. de to facadevægge samt tre vægge inde i bygningen, mens bygningsstabiliteten overfor vindlast på facaden sikres vha. de to gavlvægge samt 10 vægge inde i bygningen. Væggene inde i bygningen føres kontinuert op gennem alle etagerne for at sikre deres stabiliserende virkning. De nævnte vægge ses på figur 2.6. Figur 2.6: Stabiliserende vægge overfor vandrette laster. På langs antages bygningen at være stabil pga. facadefelternes størrelse og egenvægt. De tre små vægge inde i bygningen vil i relation hertil ikke bidrage væsentligt til den samlede bygningsstabilitet. Værre forholder det sig mht. stabiliteten på tværs af bygningen. På grund af den store vindlast på facadefelterne er gavlvæggene og de små vægge her ikke i stand til at sikre stabilitet alene, som det ses af appendiks B.1.1. Dette skyldes, at de samlet set hverken er tunge eller lange nok. Som løsning hertil regnes væggene på tværs af bygningen som armerede. For de små vægge inde i bygningen udføres armeringen som strittere, der indstøbes i fundamentet og forankres i de nederste vægge. Armeringsjernene stødes da hele vejen op gennem bygningen. I ydervæggene medregnes armeringen i fugerne mellem betonelementerne. Denne antages alene at optage det træk, som forårsages af det væltende moment fra vindlasten, idet fugerne antages at revne. Fugearmeringen skal ligeledes forankres med indstøbte strittere i fundamentet for, at kræfterne kan overføres hertil. Fugearmeringen skal dermed have dimensionen Ø30 jf. appendiks B.1.1. Netarmeringen inden i betonelementerne antages i den forbindelse udelukkende at optage de spændinger, som forekommer i betonelementerne, når de virker som pladefelter. Fugearmeringen ses illustreret på figur 2.7, der også viser randarmeringen, hvis funktion beskrives umiddelbart nedenfor.
2.1 Skitseforslag 1 17 Figur 2.7: Fuge- og randarmering i gavlen. Såvel fuge- som netarmeringen udføres som slap armering. For dimensionering af fugearmeringen henvises igen til appendiks B.1.1. Med de omtalte armeringsarrangementer giver bygningens vægge stabilitet overfor momentpåvirkning. Bygningen skal dog også kunne optage forskydningskræfter. Dette sikres ved randarmering i fugerne mellem betonelementerne i ydervæggene, der også udføres som slap armering, hvis placering også kan ses på figur 2.7. For at få randarmeringen til at holde er det nødvendigt med 2 jern i hver rand á dimensionen Ø28 jf. appendiks B.1.2. Såvel fuge- som randarmering ses på figur 2.8. Figur 2.8: Vandret snit i facaden. Netarmeringens opføring og stilmøtrikken er ikke skitseret af hensyn til overskueligheden.
2.1 Skitseforslag 1 18 2.1.3 Dimensionering af facadeelement Vægfelterne i facaden er hårdest belastet, da de, som tidligere nævnt, skal nedføre lasten fra etagedækkene og taget. Derfor dimensioneres et facadeelement, som vist på figur 2.9. Figur 2.9: Hårdest belastet facadeelement på 1. etage. Facadeelementet påvirkes både af en nedadrettet og tværgående last og dimensioneres, iht. appendiks B.1.3, derfor som en vægsøjle. Den tværgående last optages ved træk i netarmeringen, der udføres som et dobbelt net á 550 Y 6/150 mm. Dermed fås, at M Sd = 9, 2 knm < 23 knm = M Rd iht. appendiks B.1.3, dvs. at facadeelementets brudmoment er større end momentpåvirkningen hidrørende fra vindlast og excentrisk virkende tryknormalkraft, og således vil elementet kunne holde. Facadeelementerne udføres med en tykkelse på 200 mm og en karakteristisk betontrykstyrke f ck = 30 MP a. Dermed fås, at N sd = 140, 9 kn < N crd = 683 kn ligeledes iht. appendiks B.1.3, dvs. at normalkrafbæreevnen er større end normalkraftpåvirkningen, og således vil elementet kunne holde.
2.2 Skitseforslag 2 19 2.2 Skitseforslag 2 I skitseforslag 2 er opstillet et alternativ til det bærende system i form af en søjle- /bjælkeløsning. Denne løsning sikrer en større frihed ved udformning af facader og gavle, der f.eks. kunne udføres som sandwichelementer. Dette skyldes, at disse ikke indgår i det bærende og afstivende system. Skitseforslag 2 er illustreret på figur 2.10. Figur 2.10: Det konstruktive princip for skitseforslag 2. 2.2.1 Udformning og udførelse I bærelinierne langs facaderne er søjlerne opstillet med en indbyrdes afstand på 4,8 m. Søjlerne vil være synlige indvendigt i konstruktionen, da facadeelementerne er monteret uden på disse. Der er dog mulighed for at skjule dem vha. f.eks. en gipsvæg. Højden af søjlerne er 4,33 m, og de er 0,4 m x 0,4 m i tværsnitsmål. Ved valg af denne løsning fås en større og mere koncentreret last på fundamentet, hvilket medfører et større fundament. Søjlerne vil være punkt- og pælefunderet over hele grundplanen. Det vælges at anvende præfabrikerede punktfundamenter, da dette økonomisk set er mest rentabelt. På figur 2.11 ses et forslag til punktfundamenternes udformning.
2.2 Skitseforslag 2 20 Figur 2.11: Samling mellem søjle og punktfundament. Bjælkerne monteres ovenpå søjlerne således, at de spænder over tre understøtninger. Denne forudsætning er gjort af robusthedsmæssige årsager. Udførelsen kræver, at bjælken ligges af på de yderste understøtninger, hvorefter den midterste understøtning understøbes. Dette gøres for at forhindre bjælken i at "vippe" eller deformeres i kun den ene ende, hvis søjlerne ikke har samme længde. Når bjælkerne er monteret ovenpå søjlerne, anbringes næste søjle i den korrekte kote, hvorefter der efterstøbes. Dette er skitseret i figur 2.12.
2.2 Skitseforslag 2 21 Figur 2.12: Samling mellem bjælke og søjle. Det er essentielt, at søjletoppen er udført med bøjlearmering eller spiralarmering. Dette er med til at undgå revner fra den store last fra bjælkerne. Tagkonstruktionen er udformet som ved skitseforslag 1. Løsningen kræver en påsvejst jernplade, som anvendes, når TTS-elementet skal fastgøres til bjælken. Pladen virker som forskalling, når der udstøbes, og er skitseret i figur 2.13. Figur 2.13: Samling mellem TTS-element og bjælke.
2.2 Skitseforslag 2 22 2.2.2 Nedføring af laster samt stabilitet Bygningens bærende dele udgøres af bjælkerne og søjlerne. Alle lodrette laster, såsom snelast på tagbjælkerne og nyttelast på dækelementerne, føres ned i bjælkerne, der understøttes af søjlerne, og videre ned i punktfundamenter under søjlerne. For beregning af bjælkernes og søjlernes brudbæreevne henvises til hhv. appendiks B.2.2 og B.2.3. Sandwichelementerne bærer ikke andet end deres egenvægt, som føres ned i stribefundamenter under gavlene og facaderne. Vandrette laster som f.eks. vindlast og vandret masselast, antages jævnt fordelt over ydervæggene, som understøttes af dækelementerne og tagbjælkerne. Som i skitseforslag 1 sikres bygningsstabiliteten udelukkende af yder- og indervæggene pga. deres skivevirkning. Som førnævnt giver en bjælke-/søjleløsning, som udgangspunkt, mulighed for større valgfrihed, hvad angår gavl- og facadeudformning, da vægelementerne ikke skal bære noget. Dette gør sig dog ikke gældende for gavlvæggene i dette skitseforslag, da de skal have en hvis egenvægt for at sikre stabiliteten på tværs af bygningen. Såfremt egenvægten vælges til at være mindre end egenvægten af gavlvæggene i skitseforslag 1, vil stabiliteten sandsynligvis ikke være opfyldt. Som løsning hertil kunne dimensionen af fugearmeringen mellem gavlelementerne øges, såfremt der anvendes beton i væggene, eller også kunne én eller flere af indervæggene gøres længere eller helt gennemgående. Lige meget hvilken løsning der vælges, vil stabilitetsberegningerne være de samme, som for skitseforslag 1, idet bjælkerne og søjlerne ikke i sig selv medgår til at sikre bygningsstabiliteten. Derfor specificeres her ikke yderligere, hvilke dimensioner armeringen i indervæggene samt i gavlfugerne skal have, eller hvor lange indervæggene skal være, for at bygningsstabiliteten sikres. Det samme gør sig gældende for randarmeringen, som optager forskydningkræfterne. 2.2.3 Dimensionering af bjælkerne I appendiks B.2.2 er den hårdest belastede bjælke skitsedimensioneret, og med dimensionen l x b x h = 9, 60 m x 0, 30 m x 0, 45 m er følgende armeringsarrangement opnået for længdearmeringen, som ses i tabel 2.1: Længde x Armering unders., Ø12 Armering overs., Ø12 0,0 x < 3,0 2 rækker med 4 stk./række 1 række med 2 stk./række 3,0 x < 6,6 1 række med 2 stk./række 2 rækker med 4 stk./række 6,6 x 9,6 2 rækker med 4 stk./række 1 række med 2 stk./række Tabel 2.1: Armeringsarrangement i bjælken. Det maksimale moment i bjælken opstår ved den midterste søjle og er beregnet til at være mindre end brudmomentet: Bjælke : M ud = 141kNm > 135, 3kNm = M maks
2.2 Skitseforslag 2 23 Ligeledes er bøjlearmeringen dimensioneret i appendiks B.2.2, og der skal anvendes Ø8 med en indbydes afstand på 190 mm som bøjlearmering. 2.2.4 Dimensionering af søjlerne I appendiks B.2.3 er de hårdest belastede søjler skitsedimensioneret. Søjlerne fremgår af figur 2.14. Figur 2.14: Søjle 1 i det sydvestlige hjørne af bygningen og søjle 2 i kælderen. Søjle 1 er excentrisk belastet og dimensioneret for momentpåvirkning, mens søjle 2 er centralt belastet og dimensioneret for normalkraftpåvirkning. Samtlige søjler i bygningen ønskes udført i ens dimensioner, og dimensionsgivende herfor er dermed normalkraftpåvirkningen, som appendiks B.2.3 viser. Med en søjledimension på l x b x h = 0, 4 m x 0, 4 m x 4, 33 m samt fire længdearmeringsjern af dimensionen Ø20, fås: Søjle 1 : M Sd = 75 knm < 171 knm = M Rd Søjle 2 : 2825 kn = N Sd < N crd = 2826 kn Det vil sige, at søjlerne med de angivne dimensioner er dimensioneret for momentog normalkraftpåvirkning. For detaljer angående laster og bæreevner henvises til appendiks B.2.3.
2.3 Brandtekniske forhold 24 2.3 Brandtekniske forhold I konstruktionen skal elementer og samlinger i det bærende og afstivende system overholde de brandtekniske krav. Det vil sige, at konstruktionen skal bevare sin sammenhæng under brand i det omfang, som er nødvendigt for dens funktion og samlede bæreevne [DS 411, 1999]. Bygningen består i begge skitseforslag, som beskrevet, hovedsageligt af betonelementer. Beton er forholdsvist brandstabilt i sammenligning med andre bygningsmaterialer, og har gode brandtekniske egenskaber takket være en ringe varmeledningsevne. Betonen vil dog udvide sig under opvarmning, og udvidelsen pr. længdeenhed er proportional med temperaturforøgelsen. Samtidig vil styrken og stivheden falde i betonen. Brandbestandigheden er afhængig af tilslaget, og der bør anvendes k- eramiske letklinker, da de ikke brydes ved brand. Betonens farve efter en brand fortæller, hvilken varmepåvirkning betonen har været udsat for. Farven kan ligge i farveskalaen fra grå, grøn, brun til gul, hvor grå er normalttempereret beton til gul, hvor betonen har været opvarmet til 1200 C Hvis konstruktionen kræver det, kan der laves brandhæmmende foranstaltninger i form af brandbeskyttende maling, brandisolering i form af gips eller mineraluld og evt. et sprinkleranlæg. Disse er alle med til at øge sikkerheden og dermed evakueringstiden i konstruktionen. Det er dog oftest farligst at opholde sig i konstruktionen ved nedkølingen, da betonen efter branden vil have volumenudvidelser, som medvirker til indre sprængninger og revner. Først én til to uger efter branden har betonen nået sin laveste styrke, og der kan udarbejdes en evt. skadesrapport. Søjlerne i skitseforslag 2 bør undersøges for brandpåvirkning, da normalkraftens placering på denne har stor betydning. Søjlen mister sin stivhed under opvarmning og får dermed en større tøjning, og ligeledes en større excentricitet. Den forøgede excentricitet vil forøge momentet i søjlen stammende fra normalkraften. Dette bør også tages i regning ved gavl- og facadeelementerne i skitseforslag 1. Her er kraften dog fordelt over et større areal. Bjælkerne i skitseforslag 2 skal ligeledes sikres mod en for stor nedbøjning ved brand, så nedstyrtning af konstruktionsdele undgås. I appendiks C.1 undersøges bjælkerne for brandpåvirkning. 2.4 Vurdering De to skitseforslag bygger på forskellige, bærende systemer, der stiller tilsvarende forskellige krav til udførelsen. I skitseforlag 1 udgøres det bærende dele af ydervæggene, mens bjælkerne og søjlerne i skitseforslag 2 nedfører alle de lodrette laster. Sidstnævnte vil, pga. de meget koncentrerede laster, medføre, at der skal udføres forholdsvis store punktfundamenter, som pga. jordbundsforholdene vil kræve et større pæleværk. I skitseforlag 1 er lasterne jævnt fordelte over stribefundamenterne og giver således en bedre løsning rent økonomisk.
2.4 Vurdering 25 Foruden omkostningerne til fundamenterne vil skitseforslag 2 generelt være en dyrere løsning. Dette skyldes, at bjælkerne og søjlerne udelukkende er bærende, mens facadeelementerne i skitseforslag 1 både er bærende og stabiliserende. Som tidligere nævnt skal bjælkerne også spændes op, såfremt den midterste bjælke falder væk, og dette vil også gøre forslaget dyrere. Skitseforslag 2 giver tilgengæld større fleksibilitet mht. valg af gavl- og facadeudformning, da væggene kun skal bære sig selv.
3 Detailprojektering I dette afsnit detaildimensioneres de i skitseforslag 2 omtalte bjælker i to tilfælde. I det ene tilfælde kontrolleres bjælkens bæreevne ved brandpåvirkning. I det andet dimensioneres bjælken som en spændbetonbjælke, da det antages, at midtersøjlen falder væk, så bjælken skal spænde den dobbelte længde. 3.1 Brandpåvirket bjælke Når en bærende konstruktion udsættes for længerevarende brandpåvirkning, mindskes dens bæreevne. Dette skyldes, at de indgående materialers styrker reduceres, jo større en temperatur de udsættes for. Ved brandpåvirkning af en konstruktionsdel skal det derfor eftervises, at dens brandmodstandsevne t fi er mindre end en krævet brandmodstandsevne t fi,req, dvs. at konstruktionsdelen har tilstrækkelig bæreevne i et krævet tidsrum. For at bestemme dette, skal brandforløbet igennem konstruktionen beregnes, så bærende materialers styrker kan bestemmes. Ved et brandforløb forstås et temperatur-tidsforløb, dvs. en karakteristik af, hvordan temperaturen af de brandgasser, der omgiver konstruktionen under en brand, afhænger af tiden. Der skelnes mellem følgende to typer af brandforløb: Det nominelle brandforløb, der er fastsat uden hensyntagen til brandrummets geometriske og fysiske parametre samt dets indhold af brandbare materialer, eksempelvis standardbrandforløbet iht. [DS 410, 1998, afsnit 11.3.1]. Det parametriske brandforløb, der bestemmes ud fra brandmodeller på grundlag af brandrummets geometriske og fysiske parametre samt dets indhold af brandbare materialer, eksempelvis ved opstilling af brandrummets energibalance jf. [DS 410, 1998, 11.4.2]. 26
3.1 Brandpåvirket bjælke 27 Fastsættes brandpåvirkningen ud fra et nominelt brandforløb, skal bæreevnen eftervises ved, at konstruktionen i et vist tidsrum under branden har tilstrækkelig bæreevne. Anvendes et parametrisk brandforløb, skal bærevnen eftervises under hele brandforløbet, dvs. både under og efter brandpåvirkningen. Der er således tale om to vidt forskellige sikkerhedskrav, idet der for det nominelle brandforløb er krav til en tidsbegrænset funktionsevne, mens der for det parametriske er krav om konstruktionens overlevelse. De to sikkerhedskoncepter kan i visse tilfælde føre til meget forskellige resultater. I bygninger med ringe indhold af brandbare materialer vil en beregning efter et nominelt brandforløb normalt være meget på den sikre side i forhold til en beregning efter et parametrisk brandforløb. I bygninger med meget stort indhold af brandbare materialer forholder det sig omvendt. I den projekterede bygning i dette projekt vurderes, at indholdet af brandbare materialer er moderat. Derfor anvendes et nominelt brandforløb, hvor bjælken udsættes for en standardbrand. Brandforløbet beregnes iht. [DS 411, 1999, afsnit 9.3.2] for et ensidet påvirket tværsnit, idet den projekterede bjælke antages udelukkende at være brandpåvirket på undersiden. Ved beregning af brandmodstandsevnen skelnes mellem BD- (BrandDrøje) og BS- (BrandSikre) konstruktioner. BS-konstruktioner må kun indeholde ubrandbare materialer, hvorimod BD-konstruktioner kan indeholde eller udelukkende består af brandbare materialer. En bærende konstruktion er f.eks. en BD-konstruktion 30, hvis den består helt eller delvist af brandbare materialer, og hvis den kan bære sin last i 30 minutter ved et brandforløb svarende til en standardbrand. En BSkonstruktion kan klassificeres som en BD-konstruktion med samme brandmodstandstid, men det omvendte er ikke tilfældet. Den i projektet projekterede bjælke er en BS-konstruktion, eftersom den udelukkende består af ubrandbare materialer. I [www.retsinfo.dk, 12.05.06, paragraf 6.7.2, stk. 5] foreskrives, at bygninger, hvor gulv i øverste etage er mere end 12 m over terræn, skal bærende konstruktioner, der dog ikke bærer overliggende etager, udføres mindst som en BS-konstruktion 60. Bjælken må altså ikke bryde ved under 60 minutters brandpåvirkning. På opfordring fra bygherren undersøges bjælken dog som en BSkonstruktion 120. Konstruktioners bæreevne er generelt ikke omfattet af de danske standarder. Den i projektet projekterede bjælkes bæreevne kan dog med sikkerhed siges udelukkende at være afhængig af armeringens temperatur, da bjælken kun brandbelastes på undersiden, og betonen ikke antages at kunne optage trækspændinger. Armeringstemperaturen efter 120 minutter er fundet til 477 C og 205 C for hhv. nederste og øverste armeringsrække. De to armeringsrækkers brandforløb ses på følgende figur 3.1.
3.2 Spændbetonbjælke 28 Figur 3.1: Brandforløbet for de to armeringsrækker. Da armeringsjernene undergår forskellig temperaturpåvirkning, vil deres styrke også være forskellig fra hinanden. Styrkerne reduceres til 270 MP a og 458 MP a for hhv. nederste og øverste armeringsrække, da der, som nævnt i appendiks B.2.2, anvendes armeringsstål med en karakteristisk flydespænding på 550 M P a. Dermed fås et brudmoment i bjælken M u = 123 knm. Eftersom det maksimale moment M maks = 113 knm, vil bjælken ikke svigte ved 120 minutters brandpåvirkning. Beregningerne kan ses i appendiks C.1. 3.2 Spændbetonbjælke For at skitseforslag 2 har tilstrækkelig robusthed, er det nødvendigt at undersøge konstruktionen for bortfald af et bærende element. I dette afsnit er det forudsat, at en bjælke, der spænder over 9,6 meter og understøttes på midten af en søjle, skal dimensioneres i det ulykkestilfælde, lastkombination 3.2, hvor søjlen i midten bortfalder. Det viser sig midlertidigt at være en ret kompliceret beregningsmodel, der skal anvendes. På figur 3.2 kan bjælken ses i tilfælde af normal anvendelse, og i tilfælde af bortfald af søjlen i midten. For at dimensionere denne bjælke korrekt, skal den i realiteten undersøges i tre tilfælde.
3.2 Spændbetonbjælke 29 Figur 3.2: Bjælken med understøtninger i hhv. anvendelse og ulykkestilfælde. Det første tilfælde er, hvor bjælken opspændes på fabrikken. Her skal det sikres, at der ikke opstår revner øverst i bjælken pga. momentpåvirkningen, som opspændingskraften giver. Det andet tilfælde er en brudgrænsetilstand, hvor bjælken med tre understøtninger dimensioneres. Dette vil bl.a. medføre, at der opstår et negativt moment på midten af bjælken, hvilket medfører, at den her skal dimensioneres for træk i oversiden. Dette vil bevirke, at en evt. kabelføring skal føres fra undersiden af bjælken og op i oversiden. Dette vil umiddelbart ikke være noget problem at løse. Problematikken ligger i det tredje tilfælde. I det tredje tilfælde, hvor understøtningen i midten af bjælken bortfalder, opstår et meget stort moment på midten af bjælken. Dette gør, at spændlinerne skal føres ned i undersiden af bjælken, modsat der andet tilfælde. På grund af kompleksiteten i kabelføringerne antages det, at søjlen på midten altid er bortfaldet. Det vil sige, at denne situation både bliver anvendt i anvendelsesgrænse- og brudgrænsetilstanden. Bjælken, der spænder over 9,6 m og understøttes af to søjler, er dimensioneret i anvendelses- og brudgrænsetilstand. Udregninger hertil kan ses i appendiks C.2. Der benyttes lastkombination 1 og 2.1 under beregningsgangen. Yderligere vil der under dimensioneringen blive taget højde for svind, krybning og relaxation. Bjælkens tværsnit ses på figur 3.3.
3.2 Spændbetonbjælke 30 Figur 3.3: Bjælkens tværsnit samt udregnede parametre. 3.2.1 Anvendelsesgrænsetilstanden I anvendelsegrænsestilstanden skal bjælken dimensioneres for værende urevnet både i over- og undersiden og med lineær elastisk spændingsfordeling. Det ønskes at bestemme størrelsen af forspændingskraften i linerne, som bjælken skal opspændes med. Ved bestemmelse af denne forspændingskraft ses der på to tilfælde: Opspændingsstadiet og driftstadiet. De to situationer kan ses på figur 3.4. Figur 3.4: Illustration af opspændings- og driftstadiet. Opspændingsstadiet er som regel 2-3 dage efter udstøbning af bjælken, hvor linerne
3.2 Spændbetonbjælke 31 kappes og forspændingskraften K og bjælkens egenlast g 1 aktiveres, hvilket er illustreret til venstre på figur 3.4. I driftstadiet, når bjælken placeres i byggeriet, vil den yderligere blive belastet af etagedækkets egenlast g 2 og nyttelasten p. Bjælken er klar til driftstadiet, når den har opnået 28 døgns modenhed, hvilket det antages, at den har efter 18 døgn. Ud fra de to laststadier er der følgende krav til forspændingskraften K for hhv. spændingerne i bjælkens over- og underside. Beregninger kan ses i appendiks C.2.1: 14101kN K 3659kN (3.1) 1759kN K 3220kN (3.2) Som det kan ses, er den mindste forspændingskraft K, der kan vælges, på 1759 kn. Der vælges 20 L12,5 liner med en brudstyrke på 164 kn/line. Linerne må maksimalt opspændes til 80 % af deres brudstyrke, dvs. (164 kn/line 0,8) = 131,2 kn/line. Det vælges at opspænde de 20 liner med 130 kn/line, hvilket giver en opspændingskraft K på 2600 kn. Det vil sige, at der opspændes med en opspændingskraft K, der er 47,8 % større end den mindste forspændingskraft, der kan vælges. Dette gøres, da forspændingskraften vil blive reduceret pga. svind, krybning og relaxation. 3.2.2 Brudgrænsetilstanden I brudgrænsetilstanden skal det kontrolleres om, tværsnittets brudmoment M ud er større end det maksimale moment M sd, som bjælken udsættes for. I brudgrænsetilstanden regnes tværsnittet som revnet, og ligeledes regnes der ikke med lineær e- lastisk spændingsfordeling længere. Beregningsgangen er den samme som for slapt armeret beton med undtagelse af, at der skal tages højde for en ekstra tøjning i armeringen fra forspændingen, før tværsnittet belastes. Beregningsgangen kan ses i appendiks C.2.2, og resultatet med en nullinieafstand x = 318,5 mm er følgende: M ud M sd (3.3) 1109, 79kNm 773, 57kNm Det vil sige, at bjælken holder i brudgrænsetilstanden. 3.2.3 Reduktion af forspændingskraften Under bjælkens levetid vil der ske en reduktion af forspændingskraften pga. svind, krybning og relaxation. For at regne på svind, krybning og relaxation og bestemme
3.2 Spændbetonbjælke 32 reduktionen af forspændingskraften, skal der kendes til bjælkens tids-, klima-, og lastsituation for de to tilfælde, der regnes for. Situationerne kan ses i tabel 3.1 Situation 1 Situation 2 Tidsperiode [døgn] (0-2)-18 18 - Alder i modenhedsdøgn [døgn] 7 28 Relative fugtighed [%] 85 50 Laster k + g 1 k + g 1 + g 2 +p Tabel 3.1: De to tids-, klima-, og lastsituationer. Ud fra disse situationer er bjælkens svind og krybning bestemt. Beregningerne kan ses i appendiks C.2.3. I tabel 3.2 kan størrelsen af reduktionen fra svind og krybningen ses. Periode [døgn] Svindtøjning ε s [ ] Krybetøjning ε c [ ] 0-18 0,001 0,008 18-0,175 0,970 Σ 0,176 0,978 Tabel 3.2: Svind- og krybetøjninger for de to situationer. Relaxationens bidrag til reduktionen af forspændingskraften er beregnet for en levetid på 10 6 timer svarende til 114 år. I tabel 3.3 ses spændingstabene: Tøjninger [ ] Spændingstab [MPa] Krafttab [kn/line] [%] af σ s0 Momentan 0,33 61,21 5,69 4,39 Svind+krybning 1,15 213,51 19,86 15,30 Relaxation 163,80 15,23 11,74 Σ 438,52 40,78 31,43 Tabel 3.3: Spændingstab fra svind, krybning og relaxation til t =. Som det ses i tabel 3.3 skal forspændingskraften K reduceres med 31,34 %, hvilket giver en forspændingskraft på (2600 kn 0,6857) = 1783 kn. Denne forspændingskraft ligger indenfor intervallerne i formel 3.1 og 3.2, og derfor er bjælken korrekt dimensioneret. Spændbetonbjælken kan ses på teknisk tegning 301. Foruden spændarmeringen er bjælkens bøjlearmering dimensioneret. Beregningerne herfor ses i appendiks C.2.4.
Del II Fundering 33
34 Funderingsdelen indeholder grundlaget for fundering af kontorbygningen samt dimensionering af spunsvægge og grundvandssænkning. Der er udarbejdet en geoteknisk rapport ud fra forsøg, målinger og boringer, som anvendes ved udarbejdelsen af de enkelte delemner i funderingsdelen. Den geotekniske rapport er vedlagt i tegningsmappen og kan være behjælpelig, når de enkelte boringer omtales. I de næste afsnit er det beskrevet, hvordan funderingsarbejdet er beregnet, og hvilke resultater det har givet. Figur 3.5 kan være behjælpelig til at se, hvilke aktiviteter der foregår hvor. Figur 3.5: Placering af den dimensionerede pæl, dykpumper, spunsvægge og den direkte fundering. Der er lavet afgrænsninger og antagelser inden for hvert emne, som bliver omtalt i det følgende. Spunsvæggen dimensioneres både som en fri spunsvæg og som en forankret spunsvæg med 1-flydecharnier. Det antages, at det øverste fyldlag på 2,1 m i boring 16 erstattes med en sandpude. Det er nødvendigt at gøre dette, da ankeret til den forankrede spunsvæg skal være placeret i sand, idet teorien for dimensionering af ankerplader bygger på denne forudsætning. Valget af spunsvæg anvendes i anlægsdelen, hvor prisen for spunsvæg og ramning af denne er beregnet. I grundvandssænkning er der gjort den antagelse, at der ligger sand som det øverste lag mellem Limfjorden og byggegruben. Dette er gjort, eftersom der ikke findes
35 beregningsmetoder til at regne strømninger i inhomogene jordbundsforhold. Dette giver et resultat, der er på den sikre side, eftersom permeabilitetskoefficienten i sand er højre end i den inhomogene jord, der haves på lokaliteten. Grundvandssænkningen er foretaget med dykpumper. Det antages, at entreprenøren selv ejer de anvendte dykpumper, eftersom prisen ikke fremgår af [V&S Prisbog, Netto 2005]. Der afgrænses fra at se på bortskaffelsen af det oppumpede vand, der evt. kan være forurenet. Kælderen er direkte funderet og den resterende del af bygningen er pælefunderet. Den direkte fundering bygger på jordbundsforholdene i boring 16, som kan ses i den geotekniske rapport i tegningsmappen. Det nordlige og sydlige gavlfundament samt det østlige facadefundament dimensioneres i brudgrænsetilstanden og anvendelsesgrænsetilstanden. I anvendelsesgrænsetilstanden ses der udelukkende på de konventionelle sætninger, da der ikke er data til rådighed til at udføre beregninger på krybnings- og initialsætninger. Størrelsen på de resterende fundamenter i kælderen er skønnet, da der i anlægsteknikdelen skal anvendes en pris og udførelsestid på disse. Den resterende del af bygningen er som nævnt pælefunderet. Der dimensioneres en pæl ud fra boring 13, som ligeledes kan ses i den geotekniske rapport, hvor de dårligste jordbundsforhold mht. fundering haves. Pælen står under facaden og er dimensioneret for de laster, der virker her. Det antages, at stribefundamentet over pælene kan fordele lasten fra bygningen ned i pælene. Pælene i gavlen og under de tværgående, stabiliserende vægge inde i bygningen skal optage vindlasten på facaderne. De er, som de resterende pæle, ikke dimensioneret, men der er vurderet en størrelse på dem, eftersom der i anlægsteknikdelen skal anvendes en komplet funderingsplan til at udarbejde en tidsplan og en samlet pris på bygningen.
4 Spunsvæg Ved udførelse af byggegruben ved kælderen er det nødvendigt at ramme spunsjern for tilbageholdelse af vand og jord. Hvorledes spunsvæggen er placeret, kan ses på figur 3.5 og teknisk tegning 201. Det er valgt at anvende spunsjern af stål, som kan ses på figur 4.1. Figur 4.1: Tværsnit af U-spunsjern. Spunsvæggen er dimensioneret for en nyttelast på 25 kn/m 2 på jordoverfladen, da der er behov for at lastbiler og gravemaskiner kan opholde sig på kanten til byggegruben. Derudover belastes spunsvæggen med jordtryk og vandtryk. Spunsvæggen er dimensioneret ud fra jordbundsforholdene i boring 16, som kan ses i den geotekniske rapport i tegningsmappen, hvor det øverste fyldlag til 2,1 meters dybde er udskiftet med en sandpude. Systemet, hvorudfra der dimensioneres, kan ses på nedenstående figur 4.2. 36
4.1 Fri spunsvæg 37 Figur 4.2: System anvendt ved dimensionering af spunsvæggen. Der er udført en undersøgelse af, hvilken type spunsvæg der økonomisk er mest fordelagtig. Undersøgelsen har omfattet en fri spunsvæg og en forankret spunsvæg med 1-flydecharnier. 4.1 Fri spunsvæg Dimensioneringen af spunsvæggen kan ses i appendiks D.1. Der er regnet på spunsvæggen med og uden vandtryk. Begge gennemregninger i dimensioneringen har vist, at det er nødvendigt at ramme spunsvæggen ned i kote - 1,84. Spunsvæggen kan udføres vha. CORUS LX8 spunsjern med en længde på 3,94 m [Teknisk Ståbi, 2003, side 220]. Det er valgt at anvende spunsjern med en længde på 4,50 m af hensyn til ramningen af denne. 4.2 Forankret spunsvæg med 1-flydecharnier Dimensioneringen af spunsvæggen kan ses i appendiks D.2. Den forankrede spunsvæg skal, som den frie spunsvæg, rammes ned i kote -1,84. Dette er udelukkende af hensyn til udførelsen, da ankeret er i stand til at optage jordtrykket på bagsiden af spunsvæggen. Af hensyn til den praktiske udførelse er det dog valgt at anvende CORUS LX8 spunsjern med en længde på 4,50 m [Teknisk Ståbi, 2003, side 220]. 4.2.1 Ankerplade Ud fra de muligheder, som dybden af sandlaget har givet, er der dimensioneret en ankerplade med en modstandskraft på 107 kn/m i appendiks D.2.1. Ankeret er i stand til at optage ankerkraften fra den forankrede spunsvæg, da denne er fundet
4.3 Valg af spunstype 38 til 92,6 kn/m. Dimensionerne på ankerpladen er: Højden h = 1,5 m Længden l = 2,0 m Tykkelsen w = 0,5 m Ankerpladen bliver placeret 4,73 m fra spunsvæggen grundet en ankerlængde på 1,2 x spunsvæggens højde 4.3 Valg af spunstype Ud fra de to gennemførte dimensioneringer vælges det at anvende en fri spunsvæg, da denne ikke skal være længere end den forankrede spunsvæg. Derudover skal denne heller ikke forankres, og den vil derfor være billigst at opføre. Ved dimensionering af den forankrede spunsvæg har det også vist sig, at det ikke er nødvendigt at ramme denne længere ned end byggegrubens dybde grundet de store, negative jordtryk fra leret. Det vil sige, at det alt andet lige er mest fornuftigt, økonomisk set, at anvende den frie spunsvæg. På teknisk tegning 201 kan planen over ramning af spunsjern ses. Efter ramningen af spunsvæggen skal der udføres grundvandssænkning før byggegruben til kælderen kan udgraves, hvilket behandles i det følgende kapitel.
5 Grundvandsænkning Når en bygning skal funderes under grundvandsspejlet, skal der etableres en tørholdt udgravning. Hvis udgravningen foregår i sand, er det nødvendigt at undgå, at det tilstrømmende vand forårsager erosion i sider og bund. Dette gøres ved at udføre en midlertidig grundvandssænkning. I lerede jordarter kan tilstrømningen til byggegruben blive så lille, at der tilsyneladende ingen grundvandsproblemer er. Der kan dog ske en svækkelse af jordens styrke pga. opadrettede gradienter, idet jorden aflastes og opsuger vand. Hele byggegrubens bund kan evt. løftes, idet der dannes en vandlomme i jorden under lerlaget. Derfor må der også i lerede jordarter træffes passende foranstaltninger mod grundvandets påvirkning. De bygningsdele, der har beliggenhed under grundvandsspejlet, skal isoleres mod indtrængning af vand. Dette kan gøres med vandtæt beton, vandtætte membraner og/eller indskudsdræn. Samtidig skal kældergulv og kældervægge dimensioneres for vandtryk, og hele bygningen skal have en vægt, der er større end det opadrettede vandtryk. Hvis dette ikke er tilfældet, skal der udføres forankringsanordninger. Til udarbejdelse af afsnittet er anvendt [Fundering, 1984, kapitel 7]. 5.1 Grundvandssænkning omkring kælderen Der ønskes foretaget en grundvandssænkning omkring byggegruben ved kælderen, da denne ligger under grundvandsspejlet. Resten af byggegruben ligger over grundvandsspejlet. Trykniveauet ønskes sænket min. 0,5 m. under byggegrubens bund. Det betyder, at trykniveauet skal sænkes til min. kote -2, da fundermantsunderkant F UK placeres i kote - 1,5. Limfjordens og byggegrubens begrænsning kan betragtes som en strømlinie, hvormed der kan optegnes et strømnet. Dette er gjort på figur 5.1. 39
5.1 Grundvandssænkning omkring kælderen 40 Figur 5.1: Strømnet fra Limfjorden til byggegruben. Den samlede vandstrømning kan herved beregnes af formel 5.1: hvor Q er vandmængden [m 3 /s]. k er permeabiliteten [m/s]. Q = 0, 5k (h 2 0 h 2 p) nw n h (5.1) h 0 er trykniveauet i Limfjorden [m]. h p er det gennemsnitlige trykniveau i byggegruben [m], illustreret på figur 5.2. n w n h er antal brønde pr. antal strømrør [ ]. er antal potentialespring [ ].